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韓國科學技術學院研發出一種用于場效應晶體管的高性能超薄聚合絕緣體

信息來源:本站 日期:2016-01-07 

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場效應管

來自韓國科學技術學院(Korea Advanced Institute of Science and Technology,KAIST)的團隊研發了一種用于場效應晶體管的高性能超薄聚合絕緣體。他們用汽化單體在多種表面成功制備出聚合膜,比如塑料,這些普適的絕緣體為將來在電子設備上的應用打下了基礎。這項研究結果在線發表于3月9日的《自然·材料》(Nature Materials)雜志上。

我們日常生活使用的現代電子設備中,從手機、電腦到平板顯示器,場效應晶體管無處不在。除了三個電極(柵極(gate),源極(source)和漏極 (drain))外,場效應管還包括一個絕緣層和一個半導體溝道層組成。場效應管內的絕緣層能有效控制半導體溝道的導電率,從而控制晶體管內的電流。為了 使場效應管低功率穩定運行,應用超薄的絕緣層十分重要。因為氧化物和氮化物等無機材料具有卓越的絕緣性和可靠性,絕緣層通常是由此類無機材料在硅和玻璃等 硬質表面制成。 然而,由于這些絕緣層的高硬度和高制備過程溫度,它們很難用于柔性電子設備。

近年來,大量科研人員把聚合物作為前景樂觀的絕緣材料去研究,以適用柔性非傳 統基底和新興的半導體材料。然而,傳統技術制備的聚合物絕緣體在極小厚度的表面覆蓋仍不足,阻礙了應用聚合物絕緣體的場效應管在低電壓狀態下運行。

一個由韓國科學技術院(KAIST)生化工程系的Sung Gap教授和電子工程系的Seunghyup Yoo、Byung Jin Cho教授領導的研究團隊研發出了一種有機聚合物組成的絕緣層“pV3D3”。此絕緣層是利用名為“化學氣相沉降(iCVD)”的全干氣相技術制成,可使 它在不失去完美絕緣特性的情況下,厚度足以縮小到10納米(nm)之內。 iCVD過程是讓氣狀單體和引發劑在低真空中相互接觸,最終沉積在基底上的共形聚合膜具有良好的絕緣性能。iCVD與傳統技術不一樣的是,十分均勻且純凈 的超薄聚合膜在一大片實際上沒有表層或底層限制的區域生成,與表面張力有關的問題便得以解決。并且大部分iCVD聚合物在室溫下生成,減少了對基底施加的 張力和產生的損害。 科研團隊通過使用pV3D3絕緣層,研發出了利用多種半導體材料如有機物、石墨烯和氧化物的低功率、高性能的場效應管,證明了pV3D3對多種材料的廣泛 適用性。他們還用常規的包裝膠帶作為基底,制造出了一種粘貼性的、可移除的電子元件

。在與韓國東國大學(Dongguk University)的Yong-Young Noh教授的合作中,科研團隊成功地結合pV3D3絕緣層在一個大規模的柔性底層上開發出了一種晶體管陣列。 Im教授說:“用iCVD技術制得的pV3D3所具有的小尺寸和廣泛適用性對聚合絕緣體來說是史無前例的。即使我們的iCVD pV3D3聚合膜的厚度減小到10納米之內,它展現出的絕緣性仍比得上無機絕緣層。我們期待這項進展能極大地有益于柔性電子器件的研發,這將會對可穿戴計 算機等新興電子設備的成功起到關鍵作用?!?總結:研究人員研發了一種用于場效應晶體管(field-effect transistors,FETs)的高性能超薄聚合絕緣體。他們用汽化單體在多種表面成功制備出聚合膜,比如塑料,這些普適的絕緣體為將來在電子設備上的應用打下了基礎。


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